Optimalizace podmínek měření při práci s AAS Teorie:

Transkript

1 Optimalizace podmínek měření při práci s AAS Teorie: 1) OPTIMALIZACE PRACOVNÍCH PODMÍNEK Jedním z prvních úkolů při práci s atomovým absorpčním spektrometrem je vždy nalezení (později již jen nastavení) optimálních přístrojových parametrů pro stanovení zadaného prvku. Snahou je nastavením těchto podmínek dosáhnout co nejvyšší citlivosti stanovení a zároveň minimalizovat interference rušivých složek matrice, pokud je to změnou přístrojových parametrů možné. Jde o tyto parametry: vlnová délka (při které měříme; je uvedena v přístrojovém manuálu; u řady prvků lze volit z několika čar; zpravidla se volí nejcitlivější čára) šířka spektrálního intervalu (je uvedena pro příslušnou vlnovou délku daného prvku v manuálu; selektivita vs. citlivost stanovení) žhavicí proud výbojky s dutou katodou (HCL) (opět doporučen výrobcem; kompromisem mezi životností výbojky a citlivostí měření) vycentrování výbojek v optické ose pomocí otočných šroubů na patici výbojek a přesné nastavení vlnové délky pro zajištění maximální intenzity záření plamenový profil (hledá se optimální výška plamene od ústí hořáku, ve které prochází měřicí paprsek atomizačním prostředím; viz ilustrační obrázek) účinnost zmlžování (poloha tříštící kuličky před ústím nasávací kapiláry) složení plamene (poměr oxidantu - vzduchu a paliva - acetylenu) 1/6

2 2) URČENÍ KONCENTRACE VZORKU Po nastavení optimálních parametrů pro stanovení daného prvku je možné začít vlastní analýzu. Měřit lze jednak metodou kalibračního grafu a jednak metodou standardního přídavku. Metoda standardního přídavku se používá v případě sady menšího počtu vzorků, u kterých není dostatečně známo složení matrice nebo je matrice variabilní. Metoda kalibračního grafu se používá pro sadu velkého počtu vzorků, u které je složení matrice alespoň přibližně známo, a složení této matrice je zohledněno při přípravě odpovídajících standardních (kalibračních) roztoků. 3) FYZIKÁLNÍ INTERFERENCE Výsledek analýzy mohou ovlivnit mnohé vlastnosti vzorku. Mezi takové fyzikální vlastnosti vzorku patří hustota, viskozita a povrchové napětí kapalin, které mají vliv především na transport vzorku ke zmlžovači a účinnost nebulizace. 4) ZÁVISLOST MEZI ŠÍŘKOU SPEKTRÁLNÍHO INTERVALU A LINEARITOU A CITLIVOSTÍ KALIBRACE Šířka spektrálního intervalu má vliv na hodnotu lineárního dynamického rozsahu a směrnici kalibrační křivky (citlivost). 5: IONIZAČNÍ A CHEMICKÉ INTERFERENCE A) IONIZAČNÍ INTERFERENCE Některé prvky, jako např. vápník a hliník, potřebují pro svoji atomizaci dodat více energie, než dodává plamen acetylen - vzduch. Je proto nutné pracovat v plameni acetylen - oxid dusný. Zároveň ovšem např. u vápníku a baria dochází v plameni acetylen - oxid dusný k částečné ionizaci, která negativně zkresluje naměřené hodnoty. K roztokům těchto prvků je třeba přidat tzv. ionizační pufr, tedy sloučeninu prvku s menším ionizačním potenciálem, jako je např. draslík nebo cesium. Přítomnost ionizačního pufru vede k potlačení ionizace stanovovaného prvku v plameni acetylen - oxid dusný. B) CHEMICKÉ INTERFERENCE V případě stanovení např. Ca v přítomnosti Al nebo Cr v přítomnosti Fe je třeba pracovat plameni acetylen - oxid dusný. Tyto prvky spolu tvoří tzv. termostabilní sloučeniny a pro jejich disociaci je třeba větší množství energie než je schopen dodat plamen acetylen - vzduch. Energie dodávaná plamenem acetylen - oxid dusný je ale až příliš velká, dochází tak zároveň k nežádoucí ionizaci vápníku. Pro stanovení vápníku je proto nutné do zmlžovaného roztoku přidat tzv. ionizační pufr. 2/6

3 Úkol: Proměřte vliv vybraných přístrojových parametrů na stanovení vybraných prvků metodou atomové absorpční spektrometrie Přístroje a pomůcky: AA-spektrometr AAS3 (Carl Zeiss, BRD), odměrné nádobí. S obsluhou přístroje AAS 3 vás seznámí dozor úlohy. Chemikálie: standardní roztoky Ca 2+, Ni 2+ a Zn 2+ o koncentraci 100 µg ml 1, standardní roztok Al 3+ o koncentraci 1000 µg ml 1 a standardní roztok obsahující µg ml 1 K + Nejprve si připravte všechny potřebné roztoky pro celou úlohu!!! Měření všech bodů postupu bude probíhat v jednom bloku. Ovládání AA-spektrometru: Hlavním vypínačem zapněte přístroj AA3 a na ovládacím panelu přepněte měření na mód AAS. Tím se změní funkce přístroje z měření atomové emise na měření atomové absorpce. Nastavte integrační čas 3 sekundy a 3 opakovaná měření. Do pracovní polohy AA-spektrometru nastavte příslušnou výbojku s dutou katodou. Nastavení vlnové délky, šířky spektrálního intervalu a žhavicího proudu výbojky proveďte dle doporučení výrobce (viz přiložená tabulka). Proveďte vycentrování výbojek v optické ose pomocí dvojice otočných šroubů na patici výbojek. Proveďte přesné donastavení vlnové délky. Přesvědčte se, že je v přístroji umístěn správný typ hořáku pro plamen acetylen - vzduch. Otevřete hlavní ventil na vzduchové tlakové lahvi, následně otevřete redukční ventil na acetylenové lahvi. Oba redukční ventily jsou seřízeny na potřebný tlak a není třeba s nimi manipulovat. Nechte si zkontrolovat nastavení přístroje dozorem úlohy (!) a pod jeho dohledem zapalte plamen tlačítkem IGN. Po ustálení plamene (cca 10 s) můžete začít s měřením. Přístroj vynulujte při zmlžování deionizované vody pomocí ovládacích prvků AZ/AM a RUN, kdy Vám pozice hvězdičky na displeji napoví jednotlivé kroky. Nulování se provádí po každé změně pracovních parametrů. Proměřte všechny roztoky. Mezi každými dvěma roztoky zmlžujte deionizovanou vodu, propláchnete tak nasávací kapiláru, zmlžovač i hořák a předejdete paměťovým efektům. Po skončení měření plamen zhasněte tlačítkem STOP. 3/6

4 Postup: Nejprve si připravte všechny potřebné roztoky pro celou úlohu, měření všech bodů postupu bude probíhat v jednom bloku. 1) optimalizace pracovních podmínek (Zn 2+ ) a) plamenový profil Ze zásobního roztoku připravte 100 ml roztoku o koncentraci 0,5 µg ml 1 Zn 2+ s přídavkem 1 ml koncentrované HNO 3. Nyní budete zmlžovat připravený roztok Zn 2+ o koncentraci 0,5 µg ml 1 při různé výšce paprsku nad horní hranou hořáku v rozsahu 0 12 mm s krokem 2 mm. Po každé změně výšky paprsku je třeba znovu vynulovat přístroj na deionizovanou vodu! Po skončení vrťte hořák do polohy, ve které jste dosáhli maximální absorbanci a přístroj znovu vynulujte na deionizovanou vodu. b) poměr palivo : oxidant Regulátorem průtoku oxidantu upravte průtok vzduchu na hodnotu 67 l hod 1 (průtok vzduchu zůstane po celou dobu měření konstantní), regulátorem průtoku paliva upravte průtok acetylenu na 50 l hod 1 a přístroj opět vynulujte na deionizovanou vodu. Postupným zmlžováním téhož roztoku Zn 2+ při různém průtoku acetylenu změřte závislost absorbance na poměru průtoku palivo : oxidant. Průtok acetylenu měňte v rozmezí l hod 1. Vždy po změně průtoku acetylenu musíte přístroj vynulovat na deionizovanou vodu! Po skončení této části optimalizace vraťte průtok acetylenu na hodnotu odpovídající maximální absorbanci. 2) kalibrační závislost, určení charakteristické koncentrace (Zn 2+ ) a) normální kalibrace Pro metodu kalibrační křivky si připravte následující roztoky Zn 2+ o koncentraci 0,1; 0,2; 0,3 a 0,4 µg ml 1 s přídavkem 1 ml koncentrované HNO 3, navíc použijte z minulého měření (bod 1) roztok o koncentraci Zn 2+ 0,5 µg ml 1. b) metoda standardního přídavku Pro metodu standardního přídavku pipetujte z dodaného vzorku 10,0 ml roztoku do 4 odměrek o objemu 100 ml. Do všech odměrek přidejte 1 ml HNO 3. Odměrku č. 1 doplňte vodou. Do odměrek č. 2, 3 a 4 pipetujte jednotlivé přídavky (ze zásobního roztoku obsahujícího 100 µg ml 1 Zn): 0,1; 0,2 a 0,3 ml. Vynulujte přístroj na deionizovanou vodu a postupně proveďte měření se všemi připravenými roztoky, včetně roztoku vzorku vhodně naředěného tak, aby jeho signál byl v lineární části kalibrace. 4/6

5 3) fyzikální interference, viskozita rozpouštědla (Zn 2+ ) Připravte si tři roztoky Zn 2+ o koncentraci 0,5 µg ml 1 v různé koncentraci methanolu: 0; 20 a 50 %. Nastavte přístrojovou nulu na deionizovanou vodu a proměřte připravené roztoky. Do odměrného válce o objemu 10 ml odměřte postupně všechny tři roztoky a zjistěte nasátý objem jednotlivých roztoků vstupní kapilárou za minutu. 4) závislost mezi šířkou spektrálního intervalu a linearitou a citlivostí kalibrace (Ni 2+ ) Připravte si roztoky Ni 2+ o koncentraci 2; 5; 10; 15; a 20 µg ml 1, přičemž do všech odměrných baněk opět přidáte 1 ml koncentrované HNO 3. Výšku paprsku nad hranou hořáku a průtoky paliva a oxidantu nechte na stejných hodnotách jako pro stanovení Zn. Do pracovní polohy nastavte niklovou výbojku, vycentrujte ji a přesně nastavte vlnovou délku měření a šířku spektrálního intervalu na 0,2 nm. Vynulujte přístroj na deionizovanou vodu. Postupně proměřte připravené standardy, mezi jednotlivými měřeními vždy zmlžujte deionizovanou vodu. Po proměření celé sady roztoků změňte hodnotu velikosti spektrálního intervalu na 0,5 nm a vynulujte přístroj na deionizovanou vodu. Opět proměřte všechny standardy a stejným způsobem postupujte i v případě šířky spektrálního intervalu 1,0 nm. 5) interference při stanovení Ca 2+ Do pracovní polohy nastavte vápníkovou výbojku, vycentrujte ji a přesně nastavte vlnovou délku měření a šířku spektrálního intervalu. a) ionizační interference Do šesti 100ml odměrných baněk si připravte roztok o výsledné koncentraci Ca 2+ 2,0 µg ml 1 tak, že v nich bude kromě vápníku vždy 1 ml koncentrované HNO 3 a následující vzrůstající koncentrace draselných iontů: 0; 100; 500; 1000; 2000 a 5000 µg ml 1. b) chemické interference Připravte si následující 4 roztoky obsahující výslednou koncentraci Ca 2+ 5,0 µg ml 1 a K µg ml 1 se vzrůstající koncentrací Al 3+ : 0; 10; 50 a 100 µg ml 1 (všechny roztoky obsahují opět 1 ml HNO 3 ). Vynulujte přístroj na deionizovanou vodu a proměřte všechny připravené roztoky. Poté zhasněte plamen tlačítkem STOP a po vychladnutí vyjměte hořák pro plamen acetylen - vzduch a nasaďte hořák pro plamen acetylen - oxid dusný. Vertikálním posunem změňte polohu hořáku na výšku paprsku nad hranou hořáku 7 mm. Plamen zapálí dozor úlohy!!! Vynulujte přístroj na deionizovanou vodu a opět proměřte všechny připravené roztoky. Po skončení měření zmlžujte minimálně 2 minuty deionizovanou vodu. Plamen vypne dozor úlohy!!! 5/6

6 Úkoly: 1) Vyneste do grafu závislost absorbance na výšce paprsku nad hranou hořáku, do dalšího grafu vyneste závislost absorbance na průtoku paliva. 2) Zjistěte obsah Zn 2+ ve vzorku jak metodou kalibračního grafu, tak metodou standardního přídavku. Zjistěte charakteristickou koncentraci pro toto stanovení Zn za daných podmínek měření. 3) Vyneste do grafu závislost absorbance Zn na koncentraci methanolu a zároveň závislost mezi hodnotou absorbance a množstvím nasátého roztoku. 4) Vyneste do grafu kalibrační křivky pro Ni při různé šířce spektrálního intervalu. Zhodnoťte vliv šířky štěrbiny na linearitu a citlivost stanovení. 5) a) Vyneste do grafu závislost absorbance Ca na koncentraci ionizačního pufru pro oba druhy plamene a porovnejte dosaženou citlivost. Určete minimální koncentraci K + potřebnou k potlačení ionizace Ca. b) Vyneste do grafu závislost mezi absorbancí Ca a koncentrací Al 3+ pro oba druhy plamene a diskutujte získané výsledky. Tab. č. 1: Výňatek z tabulky doporučení výrobce výbojek s dutou katodou (HCL) FILL GAS ELEMENT CURRENT (ma) WAVELENGTH RECOM. SLIT RELATIVE RELATIVE / WINDOW MAX. RECOM. (nm) (nm) SENSITIVITY INTENSITY 422,7 0, Ca Calcium N / Q ,9 0, ,0 0, ,5 0, Ni Nickel N / Q ,5 0, ,5 0, ,9 0, Zn Zinc N / Q ,6 1, Co / Cobalt / 240,7 / 0,2 N/A N/A N / Q Ni Nickel 232,0 0,2 multielement lamp 6/6